Особенности моделирования электромагнитного поля в зоне подключения боковых шинных пакетов к токоподводам печи графитации

摘要

Статья посвящена разработке методики идентификация электрических параметров и расчета эффективного сечения торцевых шин, токоподводов печи графитации, участков боковых шинных пакетов со стороны заднего торца печи графитации переменного тока и повышению энергоэффективности как печного оборудования, так и электротехнических комплексов графитации в целом для производства ликвидной и конкурентоспособной продукции. Существующие методы расчетов обладают допущениями, которые существенно искажают реальную картину электромагнитных процессов в сложной пространственной системе токоподводов печи графитации и шинных пакетов печной петли и не отвечают современным требованиям по точности. В работе проведено численное моделирование сопряженных пространственных электромагнитных и температурных полей в зоне подключения боковых шинных пакетов к токоподводам печей графитации переменного тока методами конечных элементов, теории электромагнитных полей, тепломассопереноса. Представлены теоретические исследования и моделирование электромагнитных, электротепловых и тепломассообменных процессов в зоне подключения боковых шинных пакетов к токоподводам печи графитации на основе численной реализации методом конечных элементов обобщенной 3D модели графитации постоянным и переменным током, учитывающей температурные зависимости электрофизических и теплофизических свойств материалов шин и токоподводов. Предложена методика расчета эффективного сечения торцевых шин по критериям равной загруженности, обеспечивающая снижение массы и электрических потерь в торцевых шинах. Определен характер и закономерности распределения плотностей токов и удельных электрических потерь в шинах торцевых шинных пакетов и токоподводах печи графитации. Установлено, что реализация критериев равной загруженности по плотности тока и удельным электрическим потерям при выборе эффективных сечений шин торцевых шинных пакетов позволяет снизить их массу на 12%, активные потери на 15% относительно базового конструктивного исполнения и улучшить показатели энергоэффективности электротехнического комплекса графитации. Предложенная методика может применяться как для печей сопротивления прямого действия, так и для дуговых печей большой мощности, работающих на переменном токе промышленной частоты.